Das Wälzschälen – hochaktuell und kontinuierlich wachsend
Globale Energie- und Klimaziele, sowie die absehbare Verknappung von Rohstoffen erfordern die Steigerung der Energieeffizienz und der Materialausnutzung, insbesondere in der Antriebstechnik. In mobilen Anwendungen stellt der beengte Bauraum immer kompaktere Antriebseinheiten höchster Leistungsdichte in den Fokus von Entwicklung und Produktion. Aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte und guten Wirkungsgrads bei hoher Übersetzung werden in Antriebssträngen der Luftfahrt und Elektromobilität häufig Umlaufgetriebe (insb. Planetengetriebe) eingesetzt. Dabei rücken die vibroakustischen Eigenschaften moderner Getriebe durch die leisen und anregungsarmen Elektromotoren mit hohen Wirkungsgraden in den Vordergrund.
Das Wälzschälverfahren ermöglicht die hochproduktive Fertigung von Außen- und Innenverzahnungen mit der geforderten hohen Verzahnungsqualität. Die Kombination hoher Dreh- und somit Schnittzahlen pro Werkzeugumdrehung, sowie eine kontinuierliche Prozessführung ermöglicht niedrigste Fertigungszeiten. Fortschritte in der Werkzeugmaschinentechnik haben das Wälzschälen erst in den letzten 20 Jahren praktisch nutzbar gemacht. Dementsprechend ist das Verfahren noch deutlich weniger verbreitet und entwickelt als das konventionell genutzte Wälzfräsen oder das Wälzstoßen. Im Gegensatz zum Wälzfräsen ermöglicht das Wälzschälen jedoch die Fertigung weiterer Zahnradbauformen, wie Stufenritzeln (Cluster-Gears) oder Innenverzahnungen. Gegenüber dem Wälzstoßen punktet das Wälzschälen mit einer erhöhten Produktivität. In der Praxis fehlen für die erfolgreiche Wälzschälprozessauslegung häufig die Erfahrung und ein detailliertes Verständnis der spezifischen Herausforderungen und Verfahrensgrenzen.
Herausforderungen beim Wälzschälen
Das Wälzschälen unterscheidet sich deutlich von anderen wälzenden Verzahnverfahren wie dem Wälzfräsen und -stoßen. Der Achskreuzwinkel von typischerweise 15 – 30° und die hohen Drehzahlen von Werkzeug und Werkstück führen dazu, dass sich die Zerspanungsbedingungen schnell verändern. Anders als beim Fräsen verändern sich auch die Geschwindigkeits- und Winkelverhältnisse im Prozess. An der Schneidkante kann es beim Wälzschälen dadurch lokal zu extremen Lasten kommen. Die Prozessauslegung muss deswegen weitere Randbedingungen beachten und mehr Kennwerte optimieren. Darüber hinaus ist bei der Bearbeitung von Innenverzahungen und Verzahnungen mit naheliegender Störkontur der Bearbeitungsraum eingeschränkt, wodurch es zu Kollisionen kommen und die Spanabfuhr herausfordernd sein kann.
Lösung OpenSkiving
In der Entwicklung und Praxis des Wälzschälens können die Herausforderungen nur durch Berechnung und Simulation der notwendigen Kenngrößen analysiert und gelöst werden. Dafür werden in Karlsruhe seit vielen Jahren Programme entwickelt und erprobt. Die Simulationsumgebung OpenSkiving für das Wälzschälen wird nun kostenlos und mit offengelegtem Quellcode zur Verfügung gestellt und durch ein Trainingsprogramm zur Anwendung in der Praxis ergänzt. Dadurch wollen wir mit Ihnen in Austausch kommen und dazu beitragen, den Reifegrad des Wälzschälens als Verzahnungstechnologie in Deutschland weiter zu entwickeln.
Werkstück und Werkzeug im digitalen Umfeld
